Mapa de 2013 da radiação de fundo deixada pelo Big Bang. O registro mostra a luz mais antiga do Universo observável e esta informação ajuda os astrônomos a determinarem a idade do Universo. (Créditos da imagem: ESA/Planck Collaboration).

‎A idade pode ser apenas um número, mas quando se trata da era do Universo, é muito importante. Segundo pesquisas, o Universo tem aproximadamente 13,8 bilhões de anos. Como os cientistas determinaram quantas velas colocam no bolo de aniversário do Universo? Eles podem determinar a idade do Universo usando dois métodos diferentes: estudando os objetos mais antigos conhecidos e medindo o quão rápido ele está se expandindo.

Limites de idade

O Universo não pode ser mais jovem do que os objetos contidos dentro dele. Ao determinar as idades das estrelas mais antigas, os cientistas podem colocar um limite na idade.

O ciclo de vida de uma estrela baseia-se na sua massa. As estrelas mais maciças “queimam” mais rápido do que as suas irmãs com menos massa. Uma estrela dez vezes mais maciça que o Sol “queimará” seu abastecimento de combustível em 20 milhões de anos, enquanto uma estrela com metade da massa solar durará mais de 20 bilhões de anos. A massa também afeta o brilho e a luminosidade de uma estrela; estrelas mais maciças são mais brilhantes.

Conhecidas como estrelas de população III, as primeiras estrelas foram maciças e de curta duração. Elas continham apenas hidrogênio e hélio, mas através da fusão começaram a criar os elementos que ajudariam a construir a próxima geração de estrelas. Os cientistas têm procurado vestígios das primeiras estrelas há décadas.

“Essas estrelas foram as que formaram os primeiros átomos pesados ​​que finalmente nos permitiram estar aqui”, disse David Sobral, astrônomo da Universidade de Lisboa em Portugal, em um comunicado. Sobral fazia parte de uma equipe que identificou uma galáxia brilhante com evidências das estrelas de população III.

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“A detecção de poeira no Universo primitivo fornece novas informações sobre quando as primeiras supernovas explodiram e, portanto, o momento em que as primeiras estrelas quentes banharam o Universo em luz”, disseram funcionários do ESO em um comunicado. “Determinar o momento desse ‘amanhecer cósmico’ é um dos santos graus da astronomia moderna, e pode ser avaliado indiretamente através do estudo da poeira interestelar precoce”.

As primeiras estrelas não são a única maneira de colocar limites na era do Universo. Coleções densas de estrelas conhecidas como aglomerados globulares têm características semelhantes. Os conjuntos globulares mais conhecidos têm estrelas com idades que parecem ter entre 11 e 18 bilhões de anos. A ampla gama vem de problemas para identificar as distâncias para os aglomerados, o que afeta as estimativas de brilho e, portanto, de massa. Se o aglomerado estiver mais longe do que os cientistas mediram, as estrelas seriam mais brilhantes, mais maciças e mais jovens do que calculadas.

“Assim como os arqueólogos usam fósseis para reconstruir a história da Terra, os astrônomos usam aglomerados globulares para reconstruir a história da galáxia”, disse Andrea Kunder ao Space.com. “Existem apenas cerca de 150 aglomerados globulares conhecidos na galáxia da Via Láctea, de modo que cada um desses aglomerados é um importante rastreador do halo galáctico.

A incerteza ainda cria um limite para a era do Universo; deve ter pelo menos 11 bilhões de anos de idade. Pode ser mais antigo, mas não mais jovem.

Expansão do Universo

O Universo em que vivemos não é imutável, mas está se expandindo constantemente. Se a taxa de expansão é conhecida, os cientistas podem trabalhar “para trás” para determinar a idade do Universo, assim como policiais podem desvendar as condições iniciais que resultaram em um acidente de trânsito. Assim, encontrar a taxa de expansão do Universo — um número conhecido como constante do Hubble — é a chave.

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Uma série de fatores determinam o valor dessa constante. O primeiro é o tipo de matéria que domina o Universo. Os cientistas devem determinar a proporção de matéria escura e energia escura. A densidade também desempenha um papel. Um Universo com uma baixa densidade de matéria é mais antigo.

Para determinar a densidade e a composição do Universo, os cientistas confiam em missões como a Sonda Wilkinson de Anisotropia de Micro-ondas (WMAP, na sigla em inglês) da NASA e o satélite espacial Planck da ESA. Ao medir a radiação térmica deixada pelo Big Bang, missões como essas são capazes de determinar a densidade, composição e taxa de expansão do Universo. A radiação sobrante é conhecida como radiação cósmica de fundo em micro-ondas, e foi mapeada pelo WMAP e pelo satélite Plack.

Em 2012, a WMAP estimou que a idade do Universo era de 13,772 bilhões de anos, com uma incerteza de 59 milhões de anos. Em 2013, o Planck mediu a idade do Universo em 13,82 bilhões de anos. Ambos caem dentro do limite inferior de 11 bilhões de anos, independentemente derivados dos aglomerados globulares, e ambos têm incertezas menores que esse número.

O Telescópio Espacial Spitzer da NASA também contribuiu para a descoberta da idade do Universo, reduzindo a incerteza da constante de Hubble. Combinado com as medidas do WMAP, os cientistas conseguiram fazer cálculos independentes da atração da energia escura e obtiveram a idade do Universo: 13,8 bilhões de anos.

“Há pouco mais de uma década, usar as palavras ‘precisão’ e ‘cosmologia’ na mesma frase não era possível, e o tamanho e a idade do Universo não eram conhecidos melhor do que um fator de dois“, disse Wendy Freedman, do Observatório da Carnegie e do Instituto da Ciência de Pasadena, em um comunicado. Freedman liderou o estudo que usou o Spitzer para refinar a constante do Hubble. “Agora estamos falando de precisão de alguns por cento. É bastante extraordinário”.

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Adaptado de Nola Taylor para o Space.com.

Referências:

  1. ESO. “A melhor evidência observacional até hoje da primeira geração de estrelas no Universo. Acesso em: 27 jun. 2017.
  2. NASA. “NASA’s Infrared Observatory measures expansion of Universe. Acesso em: 27 jun. 2017.
  3. ESO. “Poeira estelar antiga lança luz sobre as primeiras estrelas. Acesso em: 28 jun. 2017.
  4. AIP. “Starry surprise in the bulge: encounter of a halo passerby. Acesso em: 28 jun. 2017.
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Giovane Almeida
Sou baiano, tenho 17 anos e sou fascinado pelo Cosmos. Atualmente trabalho com a divulgação científica na internet — principalmente no Ciencianautas, projeto em que eu mesmo fundei aos 15 anos de idade —, com ênfase na astronomia e biologia.

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